波胆·足球通过商议小鼠在编造实践环境中的行径-波胆·足球
文 | 追问 nextquestion
网球通顺员会把柄教学推断敌手击球后球的轨迹——这是一个典型的推断进程。但若敌手打了短球，那她可能速率变招，尽管终末可能已经莫得击中。这种情况即是"推断时弊"，一个咱们大脑中常见但复杂的风光。
最近发表在《当然》杂志上的一项商议揭示了这一进程：大脑的新皮层与丘脑精采互助，检测并料理咱们对环境的预期与实践之间的各别。这些推断时弊是通过聘任性地增强巧合的感官信息来竣事的。这可能匡助咱们更真切地了解大脑中的推断料理进程，还可能为交融孤单症和精神分裂症中大脑回路的窜改提供宗旨。
▷Furutachi, S., Franklin, A.D., Aldea, A.M. et al. Cooperative thalamocortical circuit mechanism for sensory prediction errors. Nature ( 2024 ) . https://doi.org/10.1038/s41586-024-07851-w
伦敦大学学院 Sainsbury Wellcome 中心的科学家们，通过商议小鼠在编造实践环境中的行径，朝着交融大脑中推断时弊信号的性质以及它们产生的机制迈出了一步。咱们的大脑不断在推断：推断周围宇宙的变化，推断咱们行径的成果。当推断与实践不符时，会导致不同大脑区域的强烈激活，而这种推断时弊信号对于匡助咱们从无理中学习并更新推断十分伏击。可是，令东说念主骇怪的是，对于崇敬在大脑中竣事这些信号的神经回路机制，咱们知之甚少。
在这项商议中，商议东说念主员将小鼠置于编造实践环境中，它们不错在闇练的走廊中导航以赢得奖励。编造环境使团队能够精准领域视觉输入并在墙壁上引入巧合图像。通过使用双光子钙成像技艺，商议东说念主员能够记载来自低级视觉皮层（V1 ) 中第 2/3 层中好多单个神经元的神经行径。低级视觉皮层是大脑新皮层中第一个从眼睛采用视觉信息的区域。
▷图 1：商议所采样的实验假想示意图。
商议东说念主员发现，与预期的疏浚刺激比较，小鼠低级视觉皮层对新颖且巧合的视觉刺激的反应更强，这与之前在东说念主类、非东说念主类灵长类动物和啮齿动物中的商议一致。这种神经反应的各别，弗成浅薄归罪于动物的一般行径气象漂移，举例叫醒或任务参与度的变化。相同，对巧合视觉刺激反应的增多也弗成用动物通顺行径的变化来证明，具体来说，反应增多与跑步速率、刺激引起的延缓或瞳孔大小无关。
昔时的表面合计，推断时弊信号编码了本体视觉输入与预期的各别，但令东说念主骇怪的是，商议东说念主员莫得发现这一表面的实考据据。相背，他们发现大脑增强了对巧合视觉输入有最强偏好的神经元的反应。这种发现证实，咱们不雅察到的时弊信号是这种对视觉信息聘任性放大的收尾。这意味着咱们的大脑通过检测推断与本体输入之间的各别来使巧合事件愈加隆起。
▷图 2：不同实验条款下，巧合和预期 C2 之间的响应强度各别，与单个 V1 层 2/3 神经元的巧合和预期 C3 响应之间的响应强度各别。
为了厘清推断时弊信号的性质，商议东说念主员假想了进一步的实验来分裂不同的选项。这些实验透露，至少在 V1 的单个神经元水平上，嗅觉推断时弊信号所含的对于本体输入与推断之间各别的信息，少之又少。
接下来，他们测试了推断时弊信号是是告成反应本体的视觉输入，已经抒发了某种非特异性的骇怪感或与通顺筹办的信息。收尾标明，大大齐神经元只对其中一种巧合刺激作出了强烈反应，而对另一种则反应正常，显泄漏对刺激特征的高度特异性。这揭示了推断时弊信号在料理巧合视觉信息时，不仅识别出了这些信息的特定特征，还放大了对这些特征的响应，从而增强了咱们对未料念念事件的感知。
此外，商议东说念主员还发现，除了视觉运转的神经元外，一部分非视觉响应的神经元也被推断时弊所招募，这些神经元的反应亦然高度刺激聘任性的。
为了交融大脑如安在视觉皮层中产生这种对巧合感官输入的放大，商议团队使用了光遗传学的技艺来灭活或激活不同组的神经元。他们发现了两组在视觉皮层中产生推断时弊信号十分伏击的神经元：在 V1 中抒发血管活性肠多肽（VIP）的扼制性中间神经元，和一个称为丘脑枕的丘脑脑区。丘脑枕整合了来自好多新皮层和皮层下区域的信息，并与 V1 精采相连。
当小鼠濒临新奇而目生的视觉刺激时，这些 VIP 神经元反应强烈，但跟着疏浚刺激的叠加出现，其反应强度渐渐镌汰。这种反应的镌汰与大脑渐渐罢手产生推断时弊信号的进程平行发生，默示着 VIP 神经元的激活与扼制可能在 V1 中推断时弊信号的产生计在因果筹办。
▷图 3：a, 双光子成像记载的实验假想；b, 所有记载的 VIP 细胞的单细胞层濒临巧合刺激的响应 e, 实验假想，记载 VIP 细胞在视觉刺激呈当前间光遗传学千里默时 V1 第 2/3 层细胞的钙活性；f, V1 神经元的顶部、细胞和考研平均反支吾呈现的视觉刺激有显耀反应。
形象地来说，VIP 神经元就像一个交换机：当它们关闭时，丘脑枕会扼制新皮层的行径，但当 VIP 神经元开启时，丘脑枕不错强烈且聘任性地增强新皮层中的感官反应。这两个通路的协同互相作用，介导了视觉皮层中的感官推断时弊信号。丘脑枕的这种输入不仅必不可少，况兼在 V1 区域推断时弊信号的生成中进展中枢作用。当使用光遗传学技艺使 VIP 神经元或丘脑的相连在 V1 中静默时，V1 对巧合刺激的反应也会彰着镌汰。
该团队的下一步是探索大脑中动物的推断与本体感官输入进行比较以野心感官推断时弊的格式和位置，以及推断时弊信号若何运转学习。他们还在探索他们的发现若何有助于交融孤单症和精神分裂症。有东说念主提议，这些退却齐不错用推断时弊系统的失衡来证明，商议东说念主员面前正试图将他们的发现诳骗于模子动物，以商议这些退却的神经回路基础。
总体而言，这项商议不仅揭示了大脑中推断时弊信号的产期许制波胆·足球，况兼为咱们提供了交融大脑功能和筹办神经疾病的要道陈迹。跟着科学家们不断真切挖掘这些推断时弊信号的高明，他们正渐渐构建起一种全新的视角，以此来不雅察并侵扰东说念主类大脑的职责格式。如若咱们能准确推断大脑的时弊反应，并提前介入，除开改造失调的神经旅途外，梗概宇宙还存在更多新的可能。